在大多數固件開發過程中，需要有某種形式的診斷日志/跟蹤。如果在傳統串口上使用簡單的“printf”調用實現日志，每次日志調用的開銷通常是多個毫秒，這種時間消耗將干擾應用程序的行為，在異常處理程序或快速控制循環等時間關鍵代碼中是不可接受的。

為了解決這個問題，很多MCU，如ARM Cortex-M3, M4或M7內核的MCU，已經在處理器中內置了解決方案，即ITM - Instrumentation Trace Macrocell。

ITM是一個硬件單元，可以傳輸兩種類型的診斷數據：

1、由DWT單元生成的調試事件，例如異常事件和數據觀察點事件。

2、軟件插裝(SWIT)事件，即代碼記錄的自定義數據。

使用ITM，只需將數據寫入相應的內存映射寄存器，用戶即可將任何類型的數據作為SWIT事件傳輸到主機PC。通過相應的調試器，傳輸只需幾個時鐘周期，ITM還支持硬件完成的時間戳。許多IDE允許用戶在調試窗口中查看這些數據，或者將數據寫入文件供以后分析。數據可以是字符形式的文本數據(來自printf輸出)，但也可以發送二進制數據，ITM每次寫入最多支持32位數據。

ITM單元為SWIT事件提供了32個邏輯通道，每個通道都有一個相應的stimulus寄存器，用于接受輸入。這些通道將診斷數據分成不同的類別。例如，ARM推薦通道0用于文本數據，通道31用于RTOS事件，而其他通道可以用于任何目的。所有ITM通道共享一個公共FIFO緩沖區，該緩沖區依次連接到一個或兩個輸出端口。如果使用完整跟蹤端口和跟蹤調試器，則ITM數據包含在指令跟蹤(ETM)結果中，但也可以通過調試端口中常用的串行線輸出(SWO)接口獲得。大多數針對ARM MCU的調試器都支持SWO接口。

ITM FIFO緩沖區非常小，只有10個字節，因此如果使用低速的調試器，如果過于頻繁地向ITM端口寫入數據，可能會造成數據丟失。這可以在寫入之前通過檢查ITM FIFO是否有空閑空間來防止，在沒有空間的情況下延遲寫入(參見下面的“fputc”代碼示例)。但是，如果調試器接收數據太慢，這種方式可能會對系統的時間產生重大影響。

避免數據丟失和阻塞的更好方法是使用快速調試器，如SEGGER J-Link，Keil ULINK等允許60-100 MHz的SWO采樣率。

在代碼中使用ITM

ITM stimulus寄存器位于地址0xE0000000(端口0)到0xE000007C(端口31)。要寫入數據，需要做的就是在IDE中啟用ITM跟蹤，并將數據寫入相應的寄存器。

如果使用的板級支持包包含ARM的CMSIS API，那么寫入數據很簡單:

#include"myMCU.h" // Includes CMSIS

…

ITM->PORT[0].u32 = mydata;

如果系統中沒有使用CMSIS API，可以直接為ITM stimulus寄存器定義宏，如下所示:

#defineITM_PORT(n) (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))

…

ITM_PORT(0) = mydata;

在使用ITM跟蹤之前，需要使能ITM跟蹤。基于Keil μVision的示例如下，該系統已配置為在所有32個ITM stimulus端口啟用ITM跟蹤。如果可能的話，在“Trace port”中選擇Manchester模式，它允許比UART/NRZ模式更高的SWO時鐘頻率。

為了讓你的“printf”調用寫入ITM端口0，需要像這樣定義“fputc”函數:

struct __FILE { int handle; /* Add whatever needed */ };

FILE __stdout;

FILE __stdin;

int fputc(int ch, FILE *f)

{

if(DEMCR & TRCENA) // Only ifITM isavailable

{

while(ITM_PORT(0) == 0); // Blockuntil room inITM FIFO

ITM_PORT(0) = ch; // Writethe data

}

return(ch);

}

ITM是大多數ARM開發工具支持的重要調試技術，它在調試中有許多應用，并且易于入門!

Percepio Tracealyzer利用ITM的性能，實現RTOS實時數據跟蹤。Tracealyzer允許用戶跟蹤和可視化RTOS任務，異常(ISR)和其他軟件事件的執行，提供超過30個相互關聯的視圖，為基于RTOS的固件的運行時世界提供驚人的視覺洞察，加速開發，驗證和調試。

Tracealyzer支持ARM Cortex-M3, M4和M7 MCU的ITM跟蹤，實現FreeRTOS，μC/OS-III和SafeRTOS等RTOS的可視化分析。

審核編輯：劉清